主要儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析(2012年)

一腔长、成熟度

圖1所示為電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)成熟度的總結(jié)與比較湃交。根據(jù)成熟度不同可分為三個(gè)層次:

圖1 儲(chǔ)能技術(shù)成熟度

PHS- 抽水蓄能钢拧;CAES- 壓縮空氣拯爽;Lead-Acid: 鉛酸電池培己;NiCd: 鎳鎘電池碳蛋;NaS: 鈉硫電池;ZEBRA: 鎳氯電池省咨;Li-ion: 鋰電池肃弟;Fuel cell: 燃料電池;Metal-air: 金屬空氣電池零蓉;VRB: 液流電池笤受;ZnbBr: 液流電池;PSB: 液流電池敌蜂;Solar Fuel: 太陽能燃料電池箩兽;SMES: 超導(dǎo)儲(chǔ)能;Flywheel: 飛輪章喉; Capacitor/Supercapcitor: 電容/超級(jí)電容汗贫;AL-TES: 水/冰儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng);CES:低溫儲(chǔ)能系統(tǒng)秸脱;HT-TES:儲(chǔ)熱系統(tǒng)

(1)?成熟技術(shù):抽水蓄能電站和鉛酸電池技術(shù)已經(jīng)成熟落包,其使用已超過100年。

(2)?基本成熟的技術(shù):壓縮空氣儲(chǔ)能摊唇、鎳鎘電池咐蝇、鈉硫電池、鋰離子電池巷查、液流電池有序、超導(dǎo)磁能、飛輪岛请、電容旭寿、儲(chǔ)熱/冷等技術(shù)已經(jīng)完成研發(fā)并開始商業(yè)化,但是還沒有大規(guī)模普遍應(yīng)用髓需,它們的競爭力和可靠性仍然需要電力企業(yè)和市場來進(jìn)一步檢驗(yàn)许师。

(3) 正在研發(fā)的技術(shù):燃料電池、金屬-空氣電池和太陽能燃料正在研發(fā)中僚匆,雖然它們在技術(shù)上并沒有達(dá)到商業(yè)成熟的程度微渠,但已經(jīng)通過了多個(gè)科研機(jī)構(gòu)的研究論證。另一方面咧擂,由于能源成本和環(huán)境問題的驅(qū)動(dòng)逞盆,這幾種技術(shù)在不久的將來將具有巨大的商業(yè)潛力。

二松申、功率和放電時(shí)間

表1對各種類型電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率和放電時(shí)間進(jìn)行了比較云芦,根據(jù)它們的應(yīng)用情況,大體上分為三種類型:

(1)?能源管理:抽水儲(chǔ)能贸桶、壓縮空氣儲(chǔ)能適合于規(guī)模超過100MW和能夠?qū)崿F(xiàn)每天持續(xù)輸出的應(yīng)用舅逸,可用于大規(guī)模的能源管理,如負(fù)載均衡皇筛、輸出功率斜坡/負(fù)載跟蹤琉历。大型電池、液流電池水醋、燃料電池旗笔、太陽能電池和儲(chǔ)熱/冷適合于10~100MW的中等規(guī)模能源管理。

(2)?電力質(zhì)量:飛輪拄踪、電池蝇恶、超導(dǎo)磁能、電容反應(yīng)速度快(約毫秒)惶桐,因此可用于電能質(zhì)量管理包括瞬時(shí)電壓降撮弧、降低波動(dòng)和不間斷電源等,通常這類儲(chǔ)能設(shè)備的功率級(jí)別小于1MW姚糊。

(3)?電能橋接:電池想虎、液流電池和金屬-空氣電池不僅要有較快的響應(yīng)(約小于1秒),還要有較長的放電時(shí)間(1小時(shí))叛拷,因此比較適合橋接電能舌厨。通常此類型應(yīng)用程序的額定功率為100kW~10MW。

表1 各種儲(chǔ)能技術(shù)性能比較

表2 各種儲(chǔ)能技術(shù)性能比較(續(xù))

三忿薇、儲(chǔ)存周期

表1還給出了各種儲(chǔ)能技術(shù)的能量自耗散率裙椭,其中抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能署浩、燃料電池揉燃、金屬-空氣電池、太陽燃料和液流電池等的自耗散率很小筋栋,因此均適合長時(shí)間儲(chǔ)存炊汤。鉛酸電池、鎳鎘電池、鋰電池抢腐、儲(chǔ)熱/冷等具有中等自放電率姑曙,儲(chǔ)存時(shí)間以不超過數(shù)十天為宜。飛輪迈倍、超導(dǎo)磁能伤靠、電容每天有相當(dāng)高的自充電比,只能用在最多幾個(gè)小時(shí)的短循環(huán)周期啼染。

四宴合、成本

成本是影響儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性的最重要因素之一。表1分別列出了以每千瓦時(shí)迹鹅、每千瓦卦洽、每千瓦時(shí)-循環(huán)為單位的各種儲(chǔ)能技術(shù)的成本⌒迸铮可見阀蒂,就每千瓦時(shí)的成本而言,壓縮空氣打肝、金屬-空氣電池脂新、抽水儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱技術(shù)成本較低粗梭。與其它形式儲(chǔ)能系統(tǒng)相比争便,在已經(jīng)成熟的儲(chǔ)能技術(shù)中壓縮空氣儲(chǔ)能的建設(shè)成本最低,抽水儲(chǔ)能次之断医。盡管電池的成本近年來下降很快滞乙,但同抽水儲(chǔ)能系統(tǒng)相比仍然較高。超導(dǎo)磁能鉴嗤、飛輪斩启、電容單位輸出功率成本不高,但從儲(chǔ)能容量的角度看醉锅,價(jià)格很貴兔簇,因此它們更適用于大功率和短時(shí)間應(yīng)用場合∮菜#總體而言垄琐,在所有的電力儲(chǔ)能技術(shù)中,抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能的每千瓦時(shí)儲(chǔ)能和釋能的成本都是最低的经柴。盡管近年來電池和其他儲(chǔ)能技術(shù)的周期成本已在大幅下降狸窘,但仍比抽水儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能的成本高出不少。

對于表1坯认,進(jìn)行以下說明:

(1)表1所有成本均按照2009年美元匯率換算成美元翻擒;

(2)壓縮空氣儲(chǔ)能每千瓦成本除了電站建造成本氓涣,還包括儲(chǔ)氣室建設(shè)成本,后者與儲(chǔ)氣量大小有關(guān)陋气;

(3)電池成本中不包括電池更換費(fèi)用劳吠;

(4)各儲(chǔ)能系統(tǒng)每千瓦小時(shí)發(fā)電成本(以COST表示)計(jì)算公式如下:

對于壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng):

其它儲(chǔ)能系統(tǒng):

五、效率

各種電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電循環(huán)效率如圖2所示恩伺「氨常可見椰拒,儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)效率大致可以分為三種:

(1)?極高效率:超導(dǎo)磁能晶渠、飛輪、超大容量電容和鋰離子電池的循環(huán)效率超過90%燃观;

(2)?較高效率:抽水蓄能褒脯、壓縮空氣儲(chǔ)能、電池(鋰離子電池除外)缆毁、液流電池和傳統(tǒng)電容的循環(huán)效率為60%~90%番川;

(3)低效率:金屬-空氣電池、太陽燃料脊框、儲(chǔ)熱/冷的效率低于60%颁督;

效率計(jì)算公式一般分兩種,基于熱力學(xué)第一定律的儲(chǔ)能系統(tǒng)效率計(jì)算式:

上式適用于能量以機(jī)械能或電磁能形式儲(chǔ)存的儲(chǔ)能系統(tǒng)浇雹。

對于儲(chǔ)熱/冷系統(tǒng)沉御,除了上式,往往還需從能量品位的角度評(píng)價(jià)儲(chǔ)能過程昭灵。

基于熱力學(xué)第二定律的儲(chǔ)能系統(tǒng)效率計(jì)算式:

六吠裆、能量密度和功率密度

表2還列出了各種儲(chǔ)能技術(shù)的能量密度和功率密度,其中能量密度等于存儲(chǔ)能量除以裝置體積(或質(zhì)量)烂完,功率密度等于額定功率除以存儲(chǔ)設(shè)備的體積(或質(zhì)量)试疙。可見抠蚣,盡管金屬-空氣電池和太陽能燃料的循環(huán)效率很低祝旷,但是它們卻有極高的能量密度(~1000Wh/kg),而電池嘶窄、儲(chǔ)熱/冷和壓縮空氣儲(chǔ)能具有中等水平的能量密度怀跛。抽水儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁能护侮、電容和飛輪的能量密度最低敌完,通常在30Wh/kg以下。然而羊初,超導(dǎo)磁能滨溉、電容和飛輪的功率密度是非常高的什湘,它們更適用于大放電電流和快速響應(yīng)下的電力質(zhì)量管理。鈉硫電池和鋰離子電池的能量密度比其它傳統(tǒng)電池的高晦攒,液流電池的能量密度比傳統(tǒng)電池稍低(應(yīng)該注意的是闽撤,不同廠商生產(chǎn)的相同類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)在能量密度數(shù)據(jù)有所不同)。

表2各儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度計(jì)算式為:

脯颜,以下是不同儲(chǔ)能系統(tǒng)所儲(chǔ)存的能量值E哟旗。

(1)抽水蓄能儲(chǔ)存的機(jī)械能計(jì)算式為:

其中H為水位高度,g為重力加速度栋操,V為水庫容量闸餐,為水密度。

(2)壓縮空氣儲(chǔ)存的能量計(jì)算式為:

其中P為絕對壓力矾芙,V為儲(chǔ)氣容積舍沙,m為儲(chǔ)存的空氣質(zhì)量,R為理想氣體常數(shù)剔宪,T為絕對溫度拂铡,V1-V2為壓縮過程前后空氣體積。

(3)飛輪儲(chǔ)存的機(jī)械能計(jì)算式為:

其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量葱绒,為飛輪角速度感帅。

(4)超導(dǎo)儲(chǔ)能儲(chǔ)存的電能計(jì)算式為:

其中L為線圈電感系數(shù),I為線圈電流地淀。

(5)電容儲(chǔ)存的電能計(jì)算式為:

其中C為電容失球,V為電壓,Q為總的電荷骚秦。

(6)儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)存的熱量計(jì)算式為:

非相變儲(chǔ)熱:

其中m為儲(chǔ)熱介質(zhì)質(zhì)量她倘,T1,T2為吸熱前后溫度作箍,Cp為比熱容硬梁。

相變儲(chǔ)熱:

其中m為相變介質(zhì)質(zhì)量,為相變熱胞得,Cp為比熱容荧止,m為相變點(diǎn)。

七阶剑、使用壽命和循環(huán)次數(shù)

表2還比較了不同電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命和循環(huán)次數(shù)跃巡。可以看出牧愁,那些在原理上主要依靠電磁技術(shù)的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)周期非常長素邪,通常大于20000次。例如猪半,包括超導(dǎo)磁能和電容器兔朦。機(jī)械能或儲(chǔ)熱系統(tǒng)(包括抽水蓄能偷线、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪沽甥、儲(chǔ)熱/冷)也有很長的循環(huán)周期声邦。由于隨著運(yùn)行時(shí)間的增加會(huì)發(fā)生化學(xué)性質(zhì)的變化,因此電池和液流電池的循環(huán)壽命較其它系統(tǒng)低摆舟。


關(guān)于微控新能源

深圳微控新能源技術(shù)有限公司(簡稱微控或微控新能源)是全球物理儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)航者亥曹。公司全球總部位于深圳,業(yè)務(wù)覆蓋北美恨诱、歐洲媳瞪、亞洲、拉美等地區(qū)胡野,憑借“安全材失、可靠痕鳍、高效”的全球領(lǐng)先的磁懸浮能源技術(shù)硫豆,產(chǎn)品與服務(wù)廣泛受到華為、GE笼呆、ABB熊响、西門子、愛默生等眾多世界500強(qiáng)企業(yè)的信賴诗赌。

面向未來能源“更清潔汗茄、高密度、數(shù)字化”的三大趨勢铭若,公司持續(xù)致力于為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)提供能源運(yùn)輸洪碳、儲(chǔ)存、回收叼屠、數(shù)據(jù)化管理提供系統(tǒng)解決方案瞳腌。

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請聯(lián)系作者
  • 序言:七十年代末,一起剝皮案震驚了整個(gè)濱河市镜雨,隨后出現(xiàn)的幾起案子嫂侍,更是在濱河造成了極大的恐慌,老刑警劉巖荚坞,帶你破解...
    沈念sama閱讀 222,590評(píng)論 6 517
  • 序言:濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件挑宠,死亡現(xiàn)場離奇詭異,居然都是意外死亡颓影,警方通過查閱死者的電腦和手機(jī)各淀,發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 95,157評(píng)論 3 399
  • 文/潘曉璐 我一進(jìn)店門,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來诡挂,“玉大人碎浇,你說我怎么就攤上這事疗我。” “怎么了南捂?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 169,301評(píng)論 0 362
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵吴裤,是天一觀的道長。 經(jīng)常有香客問我溺健,道長麦牺,這世上最難降的妖魔是什么? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 60,078評(píng)論 1 300
  • 正文 為了忘掉前任鞭缭,我火速辦了婚禮剖膳,結(jié)果婚禮上,老公的妹妹穿的比我還像新娘岭辣。我一直安慰自己吱晒,他們只是感情好,可當(dāng)我...
    茶點(diǎn)故事閱讀 69,082評(píng)論 6 398
  • 文/花漫 我一把揭開白布沦童。 她就那樣靜靜地躺著仑濒,像睡著了一般。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪偷遗。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上墩瞳,一...
    開封第一講書人閱讀 52,682評(píng)論 1 312
  • 那天,我揣著相機(jī)與錄音氏豌,去河邊找鬼喉酌。 笑死,一個(gè)胖子當(dāng)著我的面吹牛泵喘,可吹牛的內(nèi)容都是我干的泪电。 我是一名探鬼主播,決...
    沈念sama閱讀 41,155評(píng)論 3 422
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼纪铺,長吁一口氣:“原來是場噩夢啊……” “哼相速!你這毒婦竟也來了?” 一聲冷哼從身側(cè)響起霹陡,我...
    開封第一講書人閱讀 40,098評(píng)論 0 277
  • 序言:老撾萬榮一對情侶失蹤和蚪,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎,沒想到半個(gè)月后烹棉,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體攒霹,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 46,638評(píng)論 1 319
  • 正文 獨(dú)居荒郊野嶺守林人離奇死亡,尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點(diǎn)故事閱讀 38,701評(píng)論 3 342
  • 正文 我和宋清朗相戀三年浆洗,在試婚紗的時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己被綠了催束。 大學(xué)時(shí)的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片。...
    茶點(diǎn)故事閱讀 40,852評(píng)論 1 353
  • 序言:一個(gè)原本活蹦亂跳的男人離奇死亡伏社,死狀恐怖抠刺,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出塔淤,到底是詐尸還是另有隱情,我是刑警寧澤速妖,帶...
    沈念sama閱讀 36,520評(píng)論 5 351
  • 正文 年R本政府宣布高蜂,位于F島的核電站,受9級(jí)特大地震影響罕容,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏备恤。R本人自食惡果不足惜,卻給世界環(huán)境...
    茶點(diǎn)故事閱讀 42,181評(píng)論 3 335
  • 文/蒙蒙 一锦秒、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望露泊。 院中可真熱鬧楞件,春花似錦巾钉、人聲如沸。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 32,674評(píng)論 0 25
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽沉噩。三九已至,卻和暖如春汇歹,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間屁擅,已是汗流浹背。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 33,788評(píng)論 1 274
  • 我被黑心中介騙來泰國打工产弹, 沒想到剛下飛機(jī)就差點(diǎn)兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道東北人弯囊。 一個(gè)月前我還...
    沈念sama閱讀 49,279評(píng)論 3 379
  • 正文 我出身青樓痰哨,卻偏偏與公主長得像,于是被迫代替她去往敵國和親匾嘱。 傳聞我的和親對象是個(gè)殘疾皇子斤斧,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點(diǎn)故事閱讀 45,851評(píng)論 2 361

推薦閱讀更多精彩內(nèi)容